一种高抗接触疲劳冷轧中间辊及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高抗接触疲劳冷轧中间辊及其制造方法，该轧辊的成分及其重量百分含量为：0.70～0.85的C；0.40～1.00的Si；0.20～0.60的Mn；2.80～3.50的Cr；0.25～0.60的Ni；0.30～0.50的Mo；0.10～0.30的V；P≤0.02；S≤0.015；其余成分为Fe以及不可避免杂质。制造方法为：电炉冶炼→炉外精炼→真空除气→浇铸电极棒→电渣重熔→锻造→退火热处理→粗加工→调质热处理→半精加工→辊身热处理→精加工→成品辊。本发明通过降低C元素的含量、增加Si、Ni和Mo元素的含量提高了中间辊的强韧性能和基体强度并细化了组织，热处理使其具备高抗接触疲劳性能。
【专利说明】一种高抗接触疲劳冷轧中间辊及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料以及热处理领域，尤其是指一种在Cr3轧辊材质基础上通过改进而使轧辊具有高抗接触疲劳性能的冷轧中间辊及其制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着家电、汽车、电子工业的快速发展，冷轧企业发展势头非常强劲。很多民营企业冷轧产品也进入如家电、高档建材等中高端行业，这些行业对板材表面的质量要求非常高，同样对轧辊的性能要求也大大提高。当前大部分冷轧机组为六辊轧辊，分别是一组工作辊、一组中间辊、一组支承辊，工作辊直接与轧材接触，它要求具备高的耐磨性，而中间辊同时与工作辊、支承辊接触，它需要具备较高的抗接触疲劳性能。据统计用户在使用过程中约60%的轧辊会由于接触疲劳性能而造成质量损失或提前报废。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于解决轧辊在使用性能上存在的不足，提供一种通过合理优化材料合金元素含量并采取一系列热处理工艺优化方案以提高轧辊的抗接触疲劳性能的冷轧中间辊及其制造方法。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案解决的:
一种高抗接触疲劳冷轧中间辊，其特征在于:该轧辊的成分及其重量百分含量为:0.70 ?0.85 的 C ；0.40 ?1.00 的 Si ；0.20 ?0.60 的 Mn ；2.80 ?3.50 的 Cr ；0.25 ?0.60的Ni ；0.30?0.50的Mo ；0.10?0.30的V ;P彡0.02 ；S彡0.015 ;其余成分为Fe以及不可避免杂质。
[0005]该轧辊的成分及其重量百分含量为:0.74?0.82的C ;0.67?0.77的Si ;0.26?0.32 的 Mn ；2.85 ?3.20 的 Cr ；0.26 ?0.32 的 Ni ；0.32 ?0.42 的 Mo ;0.11 ?0.16 的 V ;P ^ 0.02 ；S ^ 0.015 ;其余成分为Fe以及不可避免杂质。
[0006]一种高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造方法，工艺流程为:电炉冶炼一炉外精炼一真空除气一烧铸电极棒一电禮:重溶一锻造一退火热处理一粗加工一调质热处理一半精加工一辊身热处理一精加工一成品冷轧中间辊，其特征在于:该冷轧中间辊的辊身热处理工艺流程如下:
a、感应淬火:将冷轧中间辊安装在50HZ、250HZ双频感应淬火机床上进行淬火热处理，淬火机床的工作参数为:淬火温度为900?940°C、淬火水温度< 28°C、淬火水压为0.2?0.4MPa ；
b、中温回火:冷处理完成将轧辊吊入加热炉进行300?350°C的回火，回火时间80?10h,回火后表面硬度为75-85HSD，回火完成后及即完成辊身热处理。
[0007]步骤a中的轧辊在感应淬火时，轧辊移动速度为0.5?1.0mm/s。
[0008]该冷轧中间辊的退火热处理包括扩氢退火以及球化退火，所述球化退火工艺为:(300°C入炉一升温至800?840°C保温一炉冷至720?750°C保温一炉冷至660?680°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。
[0009]该冷轧中间辊的调质热处理工艺为:彡300°C入炉一升温至880?920°C保温一吊出快速喷雾冷却至彡250°C—进炉缓慢升温至600-650°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。
[0010]本发明相比现有技术有如下优点:
本发明在冷轧工作辊材料9Cr3Mo的基础上，降低了 C元素的含量至0.70?0.85wt%以提高中间辊的强韧性能；增加了 Si元素的含量至0.40?1.00wt%、Ni元素的含量至0.25?0.60wt%，这类元素在钢中不形成碳化物，以固溶体的形态存在中间辊的基体中，能够显著提高中间辊的基体强度；提高Mo元素的含量达到细化组织的目的；并通过一系列热处理工艺优化方案，使得制备的冷轧中间辊具备高抗接触疲劳性能。
【具体实施方式】
[0011]下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0012]一种高抗接触疲劳冷轧中间辊，该轧辊的成分及其重量百分含量为:0.70?0.85的 C ；0.40 ?1.00 的 Si ；0.20 ?0.60 的 Mn ；2.80 ?3.50 的 Cr ；0.25 ?0.60 的 Ni ；0.30?0.50的Mo ；0.10?0.30的V ;P彡0.02 ；S彡0.015 ;其余成分为Fe以及不可避免杂质。本发明提供的高抗接触疲劳冷轧中间辊的成分及其重量百分含量的进一步方案为:0.75 ?0.82 的 C ；0.64 ?0.77 的 Si ；0.28 ?0.35 的 Mn ;2.85 ?3.32 的 Cr ；0.30 ?0.50的Ni ；0.30?0.45的Mo ；0.13?0.24的V ;P彡0.02 ；S彡0.015 ;其余成分为Fe以及不可避免杂质。本发明在冷轧工作辊材料9Cr3Mo的基础上，降低了 C元素的含量至0.70?0.85wt%以提高中间辊的强韧性能；增加了 Si元素的含量至0.40?1.00wt%、Ni元素的含量至0.25?0.60wt%，这类元素在钢中不形成碳化物，以固溶体的形态存在中间辊的基体中，能够显著提高中间辊的基体强度；提高Mo元素的含量至0.30?0.50，达到细化组织的目的。
[0013]一种高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造方法，工艺流程为:电炉冶炼一炉外精炼一真空除气一烧铸电极棒一电禮:重溶一锻造一退火热处理一粗加工一调质热处理一半精加工一辊身热处理一精加工一成品冷轧中间辊，其中该冷轧中间辊的退火热处理包括扩氢退火以及球化退火，所述球化退火工艺为■.( 300°C入炉一升温至800?840°C保温一炉冷至720?750°C保温一炉冷至660?680°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的调质热处理工艺为300°C入炉一升温至880?920°C保温一吊出快速喷雾冷却至(250°C—进炉缓慢升温至600-650°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的辊身热处理工艺流程如下:a、感应淬火:将冷轧中间辊安装在50HZ、250HZ双频感应淬火机床上进行淬火热处理，淬火机床的工作参数为:淬火温度为900?940°C、淬火水温度< 28°C、淬火水压为0.2?0.4MPa且轧辊移动速度为0.5?1.0mm/s ;b、中温回火:将轧辊吊入加热炉进行300?350°C的回火，回火时间80?100h，回火后表面硬度为75-85HSD，回火完成后及即完成辊身热处理。通过本发明制备的冷轧中间辊具备高抗接触疲劳性能。
[0014]下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0015]实施例一
一种高抗接触疲劳冷轧中间辊，该轧辊的成分及其重量百分含量为:0.81的C ;0.77的Si ；0.32 的 Mn ；0.015 的 P ；0.009 的 S ；3.04 的 Cr ；0.32 的 Ni ；0.38 的 Mo ；0.13 的 V ;其余成分为Fe以及不可避免杂质。该高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造工艺流程为:电炉冶炼—炉外精炼一真空除气一烧铸电极棒一电禮:重溶一锻造一退火热处理一粗加工一调质热处理一半精加工一辊身热处理一精加工一成品冷轧中间辊。其中该冷轧中间辊的退火热处理包括扩氢退火以及球化退火，球化退火工艺为..( 300°C入炉一升温至800°C保温一炉冷至720°C保温一炉冷至660°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的调质热处理工艺为..( 300°C入炉一升温至910°C保温一吊出快速喷雾冷却至彡250°C—进炉缓慢升温至610°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的辊身热处理工艺流程如下:a、感应淬火:将冷轧中间辊安装在50HZ、250HZ双频感应淬火机床上进行淬火热处理，淬火机床的工作参数为:淬火温度为940°C、淬火水温度26°C、淬火水压为0.2?0.4MPa且轧辊移动速度为0.7mm/s ;b、中温回火:将轧辊吊入加热炉进行350°C的回火，回火时间80h，回火完成后及即完成辊身热处理。本发明的高抗接触疲劳冷轧中间辊在9Cr3Mo的基础上，降低了 C元素的含量以提高中间辊的强韧性；增加了 S1、Ni元素的含量，利用这类元素在钢中不形成碳化物，以固溶体的形态存在中间辊的基体中，能够显著提高中间辊的基体强度；提高Mo元素的含量至0.30?0.50，达到细化组织的目的。并通过退火、调质和淬火热处理工艺，最终中间辊表面硬度达到75?76HSD。
[0016]实施例二
一种高抗接触疲劳冷轧中间辊，该轧辊的成分及其重量百分含量为:0.78的C ;0.75的Si ；0.28 的 Mn ；0.017 的 P ；0.010 的 S ；2.85 的 Cr ；0.30 的 Ni ；0.35 的 Mo ;0.11 的 V ;其余成分为Fe以及不可避免杂质。该高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造工艺流程为:电炉冶炼一炉外精炼一真空除气一浇铸电极棒一电渣重熔一锻造一退火热处理一粗加工一调质热处理一半精加工一辊身热处理一精加工一成品。其中该冷轧中间辊的退火热处理包括扩氢退火以及球化退火，球化退火工艺为300°C入炉一升温至800°C保温一炉冷至720°C保温一炉冷至660°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的调质热处理工艺为:(300°C入炉一升温至900°C保温一吊出快速喷雾冷却至彡250°C—进炉缓慢升温至600°C保温一炉冷至< 300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的辊身热处理工艺流程如下:a、感应淬火:将冷轧中间辊安装在50HZ、250HZ双频感应淬火机床上进行淬火热处理，淬火机床的工作参数为:淬火温度为930°C、淬火水温度24°C、淬火水压为0.2?0.4MPa且轧辊移动速度为0.5mm/s ;b、中温回火:将轧辊吊入加热炉进行320°C的回火，回火时间90h，回火完成后及即完成辊身热处理。本发明的高抗接触疲劳冷轧中间辊在9Cr3Mo的基础上，降低了 C元素的含量以提高中间辊的强韧性；增加了 S1、Ni元素的含量，利用这类元素在钢中不形成碳化物，以固溶体的形态存在中间辊的基体中，能够显著提高中间辊的基体强度；提高Mo元素的含量至0.30?0.50，达到细化组织的目的。并通过退火、调质和淬火热处理工艺，最终中间辊表面硬度达到79?80HSD。
[0017]实施例三
一种高抗接触疲劳冷轧中间辊，该轧辊的成分及其重量百分含量为:0.82的C ;0.70的Si ；0.35 的 Mn ；0.012 的 P ；0.008 的 S ；2.94 的 Cr ；0.33 的 Ni ；0.41 的 Mo ；0.15 的 V ;其余成分为Fe以及不可避免杂质。该高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造工艺流程为:电炉冶炼一炉外精炼一真空除气一浇铸电极棒一电渣重熔一锻造一退火热处理一粗加工一调质热处理一半精加工一辊身热处理一精加工一成品。其中该冷轧中间辊的退火热处理包括扩氢退火以及球化退火，球化退火工艺为S 300°C入炉一升温至800°C保温一炉冷至720°C保温一炉冷至660°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的调质热处理工艺为:(300°C入炉一升温至900°C保温一吊出快速喷雾冷却至彡250°C—进炉缓慢升温至620°C保温一炉冷至< 300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的辊身热处理工艺流程如下:a、感应淬火:将冷轧中间辊安装在50HZ、250HZ双频感应淬火机床上进行淬火热处理，淬火机床的工作参数为:淬火温度为935°C、淬火水温度27°C、淬火水压为0.2?0.4MPa且轧辊移动速度为0.6mm/s ;b、中温回火:将轧辊吊入加热炉进行300°C的回火，回火时间100h，回火完成后及即完成辊身热处理。本发明的高抗接触疲劳冷轧中间辊在9Cr3Mo的基础上，降低了 C元素的含量以提高中间辊的强韧性；增加了 S1、Ni元素的含量，利用这类元素在钢中不形成碳化物，以固溶体的形态存在中间辊的基体中，能够显著提高中间辊的基体强度；提高Mo元素的含量至0.30?0.50，达到细化组织的目的。并通过退火、调质和淬火热处理工艺，最终中间辊表面硬度达到83?85HSD。
[0018]实施例四
一种高抗接触疲劳冷轧中间辊，该轧辊的成分及其重量百分含量为:0.79的C ;0.70的Si ；0.36 的 Mn ；0.016 的 P ；0.012 的 S ；3.20 的 Cr ；0.26 的 Ni ；0.32 的 Mo ；0.16 的 V ;其余成分为Fe以及不可避免杂质。该高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造工艺流程为:电炉冶炼一炉外精炼一真空除气一浇铸电极棒一电渣重熔一锻造一退火热处理一粗加工一调质热处理一半精加工一辊身热处理一精加工一成品。其中该冷轧中间辊的退火热处理包括扩氢退火以及球化退火，球化退火工艺为■.( 300°C入炉一升温至800°C保温一炉冷至720°C保温一炉冷至660°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的调质热处理工艺为:(300°C入炉一升温至920°C保温一吊出快速喷雾冷却至彡250°C—进炉缓慢升温至620°C保温一炉冷至< 300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的辊身热处理工艺流程如下:a、感应淬火:将冷轧中间辊安装在50HZ、250HZ双频感应淬火机床上进行淬火热处理，淬火机床的工作参数为:淬火温度为940°C、淬火水温度26°C、淬火水压为0.2?0.4MPa且轧辊移动速度为
0.7mm/s ;b、中温回火:将轧辊吊入加热炉进行330°C的回火，回火时间90h，回火完成后及即完成辊身热处理。本发明的高抗接触疲劳冷轧中间辊在9Cr3Mo的基础上，降低了 C元素的含量以提高中间辊的强韧性；增加了 S1、Ni元素的含量，利用这类元素在钢中不形成碳化物，以固溶体的形态存在中间辊的基体中，能够显著提高中间辊的基体强度；提高Mo元素的含量至0.30?0.50，达到细化组织的目的。并通过退火、调质和淬火热处理工艺，最终中间辊表面硬度达到78?79HSD。
[0019]实施例五
一种高抗接触疲劳冷轧中间辊，该轧辊的成分及其重量百分含量为:0.74的C ;0.67的Si ；0.26 的 Mn ；0.012 的 P ；0.012 的 S ；2.91 的 Cr ；0.27 的 Ni ；0.42 的 Mo ；0.15 的 V ;其余成分为Fe以及不可避免杂质。该高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造工艺流程为:电炉冶炼一炉外精炼一真空除气一浇铸电极棒一电渣重熔一锻造一退火热处理一粗加工一调质热处理一半精加工一辊身热处理一精加工一成品。其中该冷轧中间辊的退火热处理包括扩氢退火以及球化退火，球化退火工艺为■.( 300°C入炉一升温至800°C保温一炉冷至720°C保温一炉冷至660°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的调质热处理工艺为:(300°C入炉一升温至910°C保温一吊出快速喷雾冷却至彡250°C—进炉缓慢升温至600°C保温一炉冷至< 300°C出炉空冷。该冷轧中间辊的辊身热处理工艺流程如下:a、感应淬火:将冷轧中间辊安装在50HZ、250HZ双频感应淬火机床上进行淬火热处理，淬火机床的工作参数为:淬火温度为935°C、淬火水温度< 26°C、淬火水压为0.2?0.4MPa且轧辊移动速度为0.6mm/s ;b、中温回火:将轧辊吊入加热炉进行340°C的回火，回火时间90h，回火完成后及即完成辊身热处理。本发明的高抗接触疲劳冷轧中间辊在9Cr3Mo的基础上，降低了 C元素的含量以提高中间辊的强韧性；增加了 S1、Ni元素的含量，利用这类元素在钢中不形成碳化物，以固溶体的形态存在中间辊的基体中，能够显著提高中间辊的基体强度；提高Mo元素的含量至0.30?0.50，达到细化组织的目的。并通过退火、调质和淬火热处理工艺，最终中间辊表面硬度达到77?78HSD。
[0020]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
【权利要求】
1.在一种高抗接触疲劳冷轧中间辊，其特征在于:该轧辊的成分及其重量百分含量为:0.70 ?0.85 的 C ；0.40 ?1.00 的 Si ；0.20 ?0.60 的 Mn ；2.80 ?3.50 的 Cr ；0.25 ?0.60 的 Ni ；0.30 ?0.50 的 Mo ；0.10 ?0.30 的 V ;P 彡 0.02 ；S ( 0.015 ;其余成分为 Fe 以及不可避免杂质。
2.在根据权利要求1所述的高抗接触疲劳冷轧中间辊，其特征在于:该轧辊的成分及其重量百分含量为:0.74?0.82的C;0.67?0.77的Si ；0.26?0.32的Mn ；2.85?3.20的 Cr ；0.26 ?0.32 的 Ni ；0.32 ?0.42 的 Mo ;0.11 ?0.16 的 V ;P 彡 0.02 ；S ( 0.015 ;其余成分为Fe以及不可避免杂质。
3.根据权利要求1-2任一所述的高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造方法，工艺流程为:电炉冶炼一炉外精炼一真空除气一浇铸电极棒一电渣重熔一锻造一退火热处理一粗加工—调质热处理一半精加工一辊身热处理一精加工一成品辊，其特征在于:该冷轧中间辊的辊身热处理工艺流程如下: a、感应淬火:将冷轧中间辊安装在50HZ、250HZ双频感应淬火机床上进行淬火热处理，淬火机床的工作参数为:淬火温度为900?940°C、淬火水温度< 28°C、淬火水压为0.2?0.4MPa ； b、回火:将轧辊吊入加热炉进行300?350°C的低温回火，回火时间80?100h，回火后表面硬度为75-85HSD，回火完成后及即完成辊身热处理。
4.根据权利要求3所述的高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造方法，其特征在于:步骤a中的轧辊在感应淬火时，轧辊移动速度为0.5?1.0mm/s。
5.根据权利要求3所述的高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造方法，其特征在于:该冷轧中间辊的退火热处理包括扩氢退火以及球化退火，所述球化退火工艺为300°C入炉一升温至800?840°C保温一炉冷至720?750°C保温一炉冷至660?680°C保温一炉冷至(300°C出炉空冷。
6.根据权利要求3所述的高抗接触疲劳冷轧中间辊的制造方法，其特征在于:该冷轧中间辊的调质热处理工艺为:<300°C入炉一升温至890?920°C保温一吊出快速喷雾冷却至彡250°C—进炉缓慢升温至600-650°C保温一炉冷至彡300°C出炉空冷。
【文档编号】C21D1/32GK104294168SQ201410414149
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】陈彬, 杨国平, 曹旭 申请人:宜兴市永昌轧辊有限公司